JP6710320B2 - Vehicle power converter - Google Patents
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Description
この発明は、冷却装置を備えた車両用電力変換装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power conversion device including a cooling device.
電力変換装置が有する半導体素子はスイッチング動作時に熱を発生させる。半導体素子が発生させる熱を放熱するために、電力変換装置には冷却装置が設けられる。特許文献1に開示されるヒートパイプを備えるヒートシンクは、ベース板に対してヒートパイプをほぼ全長に亘り埋設させて構成される。ヒートパイプは、ベース板に形成された埋め込み溝に挿入されてから、半田で埋め込まれる。特許文献2に開示される電力変換装置は、鉄道車両の床下に設けられる。該電力変換装置において、受熱部材の一方の面にはパワー半導体モジュールが設置され、他方の面には、ヒートパイプが埋め込まれる。ヒートパイプは、半田付けによって受熱部材と熱的に接続されている。
The semiconductor element included in the power conversion device generates heat during the switching operation. A cooling device is provided in the power conversion device to radiate the heat generated by the semiconductor element. The heat sink including the heat pipe disclosed in
特許文献1に開示されるヒートシンクにおいては、ベース板とヒートパイプとの間に設けられる半田によって、熱抵抗が増大する。特許文献2に開示される電力変換装置においては、受熱部材とヒートパイプとの間に設けられる半田によって、熱抵抗が増大する。熱抵抗が増大すると、冷却装置の冷却効率は低下してしまう。
In the heat sink disclosed in
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、車両用電力変換装置の冷却性能を向上させることが目的である。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the cooling performance of a vehicle power conversion device.
上記目的を達成するために、本発明の車両用電力変換装置は、電子部品が内部に格納され、開口が形成され、車両に取り付けられる筐体、筐体に取り付けられるベース、および複数の放熱部を備える。ベースは、水平方向に対向する第1の主面および第2の主面を有する板状部材である。ベースの内部には、第1の主面および第2の主面に沿って伸びて、冷媒が封入される溝が形成される。ベースは、第1の主面が筐体の内側に面する向きで、開口を塞ぐ。第1の主面に電子部品が取り付けられる。複数の放熱部は、互いに間隔を空けて、第2の主面に接合される。溝は、第1の主面と第2の主面とが対向する方向を中心軸とする環状の形状を有する環状の溝である。複数の環状の溝は、水平方向に並べて形成される。第1の主面の内、水平方向に隣接する複数の環状の溝のそれぞれの一部に対向する部分に、電子部品が取り付けられる。 In order to achieve the above object, a power converter for a vehicle of the present invention includes a housing in which electronic components are stored, an opening is formed, a housing mounted in a vehicle, a base mounted in the housing, and a plurality of heat dissipation portions. Equipped with. The base is a plate-shaped member having a first main surface and a second main surface that face each other in the horizontal direction. Inside the base, Shin along the first main surface and a second main surface the Activity, a groove refrigerant Ru is sealed is made form. The base closes the opening so that the first main surface faces the inside of the housing. The electronic component is attached to the first main surface. A plurality of heat radiation member, spaced apart from each other, are joined to the second major surface. The groove is an annular groove having an annular shape whose center axis is in the direction in which the first main surface and the second main surface face each other. The plurality of annular grooves are formed side by side in the horizontal direction. The electronic component is attached to a portion of the first main surface that faces a part of each of the plurality of annular grooves that are horizontally adjacent to each other.
本発明によれば、冷媒が封入される溝が内部に形成されるベースの面に、互いに間隔をあけて、複数の放熱部を接合することで、車両用電力変換装置の冷却性能を向上させることが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling performance of a vehicle power converter is improved by joining the some heat dissipation part to the surface of the base in which the groove|channel in which a refrigerant|coolant is enclosed is mutually spaced. It is possible.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷却装置の側面図である。冷却装置1は、板状部材であるベース10およびベース10に取り付けられる複数の放熱部20を備える。放熱部20の数は任意である。図1の例では、放熱部20は、フィンである。ベース10は、電子部品が取り付けられる第1の主面11、および第1の主面11と対向する第2の主面12を有する。放熱部20は、第2の主面12に取り付けられる。冷却装置1は、第1の主面11に取り付けられる電子部品を冷却する。(Embodiment 1)
1 is a side view of a cooling device according to
図2は、実施の形態1に係る冷却装置の断面図である。ベース10の内部には、第1の主面11および第2の主面12に沿って伸びる溝13が形成される。溝13には、冷媒14が封入される。冷媒14は、気体の状態である冷媒14と、液体の状態である冷媒14とが混在する、気液二相の状態である。冷媒は、例えば、純水、エタノール、アセトン等である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the cooling device according to the first embodiment. A
図3は、実施の形態1に係る冷却装置の断面図である。図3は、図2のA−A線での断面図である。実施の形態1では、第1の主面11と第2の主面12とに沿って、それぞれが水平方向に伸びる複数の溝13が、鉛直方向に並べて形成される。実施の形態1の例では、放熱部20は、鉛直方向に伸びるフィンであるが、放熱部20を取り付ける向きは任意である。放熱部20は、水平方向に伸びるフィンでもよい。放熱部20として、溝13と同じ方向に伸びるフィンを設けることで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。またフィンが伸びる方向を車両の進行方向に一致させることで、走向風を放熱部20に接触させることができるため、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。図3において、破線で示す箇所は、第1の主面11において、後述する電子部品が取り付けられる箇所と対向する箇所である。すなわち、図3において、破線で示す箇所が、電子部品での発熱によって、温度が上昇する箇所である。溝13のそれぞれに封入される冷媒14の温度は、冷媒14の対流により、水平方向に均一化される。そのため、第1の主面11に取り付けられる、後述する電子部品の温度は、水平方向に均一化される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the cooling device according to the first embodiment. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. In the first embodiment, along the first main surface 11 and the second
図4は、実施の形態1に係る電力変換装置の断面図である。図5は、実施の形態1に係る電力変換装置の断面図である。図5は、図4のB−B線での断面図である。図6は、実施の形態1に係る車両用電力変換装置の車両への搭載例を示す図である。車両用電力変換装置2は、筐体3および冷却装置1を備える。筐体3の内部には、電子部品6が格納される。筐体3には、開口7が形成される。車両100の床下に、車両用電力変換装置2の筐体3が取り付けられる。冷却装置1は筐体3に取り付けられる。冷却装置1のベース10が開口7を塞ぐ。ベース10の第1の主面11は、筐体3の内側に面する。電子部品6が第1の主面11に取り付けられる。ベース10には溝13が形成されるため、第1の主面11と第2の主面12が対向する方向のベース10の厚みは、筐体3の厚みより厚い。図4の例では、冷却装置1は、カバー4で覆われる。カバー4には、通気口5が形成される。通気口5から流入した空気が、放熱部20に接触しながら流れる。放熱部20から空気に熱が伝達されることで、電子部品6が冷却される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of mounting the vehicle power conversion device according to the first embodiment on a vehicle. The vehicle
冷却装置1による電子部品6の冷却について説明する。電子部品6で生じた熱は、ベース10の第1の主面11を介して、冷媒14に伝達される。電子部品6から伝達された熱によって、液状の冷媒14の温度が上昇し、冷媒14は気体に変化する。気体に変化した冷媒14は、溝13の内部において、より温度が低い箇所に流れる。冷媒14が溝13の内部を、温度が低い箇所に向かって流れる間に、冷媒14から第2の主面12を介して、放熱部20に熱が伝達される。放熱部20に熱を伝達した冷媒14の温度は下がり、冷媒14は液体に変化する。冷媒14から熱を伝達された放熱部20は、放熱部20に接触しながら流れる空気に熱を伝達する。空気に熱を伝達することで、放熱部20が冷却される。上述のように、電子部品6で生じた熱が、冷媒14および放熱部20を介して空気に伝達され、電子部品6が冷却される。
The cooling of the electronic component 6 by the
溝13の内面には、毛細管現象を発生させることで、冷媒14の流動を促進する構造、例えばウィッグ、グルーブ、メッシュ等が設けられる。ベース10および放熱部20の材質は、例えばアルミニウムである。放熱部20は、例えばろう付け、摩擦攪拌接合等によって、第2の主面12に接合される。板状部材の一方の面に溝13を彫り、溝13に冷媒14を流し入れた後、該板状部材に別の板状部材を接合して溝13を塞ぐことで、ベース10を形成することができる。また第1の主面11および第2の主面12を有する板状部材の側面から溝13を彫り、溝13に冷媒14を流し入れた後、側面を塞ぐことで、ベース10を形成してもよい。
The inner surface of the
実施の形態1では、電子部品6からベース10の第1の主面11を介して冷媒14に熱が伝達され、冷媒14から第2の主面12を介して放熱部20に熱が伝達される。ヒートパイプをベースプレートに半田付けするヒートパイプ冷却器と比べて、電子部品6と冷媒14との間の熱抵抗、および冷媒14と放熱部20との間の熱抵抗は低いため、該ヒートパイプ冷却器より、実施の形態1に係る冷却装置1の冷却性能は高い。
In the first embodiment, heat is transferred from the electronic component 6 to the
電子部品6は、電力変換装置であり、例えばインバータである。電子部品6は、例えば、ケイ素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成される、スイッチング素子、ダイオード等の電子素子を有する。ワイドバンドギャップ半導体とは、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド等である。ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子を用いると、スイッチング速度が速くなるため、電子部品6で生じる熱が増大する。実施の形態1に係る冷却装置1を設けることで、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された電子素子を有する電子部品6を十分に冷却することが可能である。
The electronic component 6 is a power conversion device, for example, an inverter. The electronic component 6 has an electronic element such as a switching element or a diode formed of a wide bandgap semiconductor having a bandgap larger than that of silicon, for example. The wide band gap semiconductor is, for example, silicon carbide, gallium nitride-based material, diamond or the like. When the switching element formed of the wide band gap semiconductor is used, the switching speed is increased, so that the heat generated in the electronic component 6 is increased. By providing the
以上説明したとおり、本実施の形態1に係る車両用電力変換装置2によれば、冷媒14が封入される溝13が内部に形成されるベース10の第2の主面12に、互いに間隔をあけて、複数の放熱部20を接合することで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。また水平方向に伸びる溝13をベース10の内部に形成することで、電子部品6の温度を、水平方向に均一化することが可能である。放熱部20として、溝13と同じ方向に伸びるフィンを設けることで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。水平方向に伸びる溝13がベース10の内部に形成されているため、実施の形態1に係る車両用電力変換装置2は、水平方向に温度のばらつきが生じ得る冷却方法、例えば水平方向に流れる走向風を利用した冷却方法に適している。
As described above, according to the vehicle
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る冷却装置の断面図である。図8は、実施の形態2に係る冷却装置の断面図である。図8は、図7のC−C線における断面図である。実施の形態2に係る冷却装置1のベース10においては、実施の形態1と異なり、それぞれが鉛直方向に伸びる複数の溝15が、水平方向に並べて形成される。放熱部20は、実施の形態1と同様に、第2の主面12に接合される。(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the cooling device according to the second exemplary embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view of the cooling device according to the second embodiment. FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC of FIG. In the
実施の形態1と同様に、冷却装置1によって、電子部品6が冷却される。図7の例では、気体に変化した冷媒14は、溝15の内部において、より温度が低い箇所に流れる。冷媒14が鉛直方向に移動するため、第1の主面11に取り付けられる電子部品6の温度は、鉛直方向に均一化される。
Similar to the first embodiment, the
図9は、実施の形態2に係る冷却装置の断面図である。図9に示す冷却装置1においては、複数の溝15の内、少なくとも一部の溝15の鉛直方向の下端を連結するバイパス16が形成される。バイパス16を設けることで、バイパス16において冷媒14が対流し、冷媒14の温度は、対流により、水平方向において均一化される。そのため、バイパス16と対向する第1の主面11の一部に取り付けられる電子部品6の温度は、水平方向に均一化される。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the cooling device according to the second embodiment. In the
以上説明したとおり、本実施の形態2に係る車両用電力変換装置2によれば、冷媒14が封入される溝15が内部に形成されるベース10の第2の主面12に、互いに間隔をあけて、複数の放熱部20を接合することで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。また鉛直方向に伸びる溝15をベース10の内部に形成することで、電子部品6の温度を、鉛直方向に均一化することが可能である。放熱部20として、溝15と同じ方向に伸びるフィンを設けることで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。鉛直方向に伸びる溝15がベース10の内部に形成されているため、実施の形態2に係る車両用電力変換装置2は、鉛直方向に温度のばらつきが生じ得る冷却方法、例えば自然対流を利用した冷却方法に適している。
As described above, according to the vehicle
(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3に係る冷却装置の断面図である。実施の形態3に係る冷却装置1のベース10においては、実施の形態1と異なり、第1の主面11と第2の主面12とが対向する方向を中心軸とする環状の形状を有する溝17が形成される。放熱部20は、実施の形態1と同様に、第2の主面12に接合される。(Embodiment 3)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the cooling device according to the third exemplary embodiment of the present invention. Unlike the first embodiment, the
実施の形態1と同様に、冷却装置1によって、電子部品6が冷却される。図10において破線で示すように、溝17の一部と対向する第1の主面11の箇所に電子部品6を取り付けることで、図10において実線の矢印で示すように、冷媒14が対流する。冷媒14の対流により、第1の主面11に取り付けられる電子部品6の温度は、均一化される。
Similar to the first embodiment, the
以上説明したとおり、本実施の形態3に係る車両用電力変換装置2によれば、冷媒14が封入される溝17が内部に形成されるベース10の第2の主面12に、互いに間隔をあけて、複数の放熱部20を接合することで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。また環状の溝17をベース10に形成することで、電子部品6の温度を、均一化することが可能である。
As described above, according to the vehicle
(実施の形態4)
図11は、本発明の実施の形態4に係る冷却装置の断面図である。実施の形態4に係る冷却装置1のベース10においては、実施の形態1と異なり、少なくとも1つの分岐を有する溝18が形成される。(Embodiment 4)
FIG. 11 is a sectional view of a cooling device according to
図11において破線で示すように、溝18の一部と対向する第1の主面11の箇所に電子部品6を取り付けることで、少なくとも1つの分岐を有する溝18を冷媒14が対流する。冷媒14の対流により、電子部品6の温度を、均一化することが可能である。また分岐を有する溝18を形成することで、放熱部20全体に熱を伝達することが可能となり、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。
As shown by a broken line in FIG. 11, the electronic component 6 is attached to a portion of the first main surface 11 that faces a part of the
以上説明したとおり、本実施の形態4に係る車両用電力変換装置2によれば、冷媒14が封入される溝18が内部に形成されるベース10の第2の主面12に、互いに間隔をあけて、複数の放熱部20を接合することで、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。また少なくとも1つの分岐を有する溝18をベース10に形成することで、電子部品6の温度を、均一化すること、および放熱部20全体に熱を伝達することにより、車両用電力変換装置2の冷却性能を向上させることが可能である。
As described above, according to the vehicle
本発明は、上述の実施の形態に限られず、上述の実施の形態の内、任意の実施の形態を組み合わせてもよい。放熱部20の形状はフィンに限られず、例えば剣山状、蛇腹状等の形状でもよい。冷却装置1が車両用電力変換装置2に取り付けられる向きは、上述の例に限られない。例えば、第1の主面11と第2の主面12とは鉛直方向に対向し、冷却装置1は、車両用電力変換装置2の鉛直方向の上面に形成された開口7を塞いで、車両用電力変換装置2に取り付けられてもよい。上述の例では、ベース10は、筐体3の外側から開口7を塞ぐが、ベース10は、筐体3の内部に設けられ、筐体3の内側から開口7を塞ぎ、開口7から放熱部20が筐体3の外側に突出してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and any of the above-described embodiments may be combined. The shape of the
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 The present invention allows various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Further, the above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the scope of the claims. Various modifications made within the scope of the claims and within the scope of the meaning of the invention equivalent thereto are regarded as within the scope of the present invention.
1 冷却装置、2 車両用電力変換装置、3 筐体、4 カバー、5 通気口、6 電子部品、7 開口、10 ベース、11 第1の主面、12 第2の主面、13,15,17,18 溝 14 冷媒、16 バイパス、20 放熱部、100 車両。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
水平方向に対向する第1の主面および第2の主面を有する板状部材であって、前記第1の主面および前記第2の主面に沿って伸びて、冷媒が封入される溝が内部に形成され、前記第1の主面が前記筐体の内側に面する向きで前記開口を塞ぎ、前記第1の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられるベースと、
互いに間隔を空けて、前記第2の主面に接合される複数の放熱部と、を備え、
前記溝は、前記第1の主面と前記第2の主面とが対向する方向を中心軸とする環状の形状を有する環状の溝であって、
複数の前記環状の溝が、水平方向に並べて形成され、
前記第1の主面の内、水平方向に隣接する複数の前記環状の溝のそれぞれの一部に対向する部分に、前記電子部品が取り付けられる、
車両用電力変換装置。 A housing in which electronic components are stored, an opening is formed, and which is attached to a vehicle,
A plate-shaped member having a first main surface and a second main surface facing each other in the horizontal direction, the groove extending along the first main surface and the second main surface and in which a refrigerant is enclosed. A base that is formed inside and that closes the opening in a direction in which the first main surface faces the inside of the housing, the electronic component is attached to the first main surface, and is attached to the housing. ,
A plurality of heat dissipating portions that are joined to the second main surface with a space between each other;
The groove is an annular groove having an annular shape with a central axis in a direction in which the first main surface and the second main surface face each other,
A plurality of the annular grooves are formed side by side in the horizontal direction,
In the first main surface, the electronic component is attached to a portion facing a part of each of the plurality of annular grooves that are horizontally adjacent to each other.
Vehicle power converter.
請求項1に記載の車両用電力変換装置。 The material of the base and the heat dissipation portion is aluminum,
The vehicle power converter according to claim 1 .
請求項2に記載の車両用電力変換装置。 The heat dissipation part is brazed to the second main surface,
The electric power converter for a vehicle according to claim 2 .
請求項1から3のいずれか1項に記載の車両用電力変換装置。 The electronic component has an electronic element formed of a wide band gap semiconductor using silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.
The electric power converter for vehicles according to any one of claims 1 to 3 .
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